CN102841354B - 一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法 - Google Patents

Abstract

一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，所述电子设备的前面板设前置摄像头及距离传感器，所述方法包括：检测显示屏幕工作状态，当显示屏幕激活，后台启动前置摄像头，捕获人脸图像；利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸；当系统判断捕获图像中存在正面人脸，后台打开距离传感器，测量用户眼睛与显示屏幕的距离；比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离。本发明利用前置摄像头及距离传感器此两外设监测用户眼睛和手机屏幕的距离达到保护用户眼睛的目的，由于增加了正面人脸的判断步骤，提高了监测的准确度，避免错误提示信息给用户带来的困扰。

Description

一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法

技术领域

本发明涉及一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法。

背景技术

随着智能手机的日益普及，包括新闻信息、社交应用、游戏应用等各种应用程序不断推陈出新，手机那一方小小屏幕，紧紧黏住了无数人，全球不分地域不分年龄，普遍出现低头族。在公交车上、地铁上、各种大小客车上、电梯里，甚至大街小巷上，低着头成了一种共同模式。

 但是，由于长时间盯着手机屏幕，造成眨眼次数降低，眼睛表面水分会迅速蒸发，久之会出现干眼症和红眼症，视力会受到明显损害。目前控制用户与设备之间的距离的方法都是基于某些特殊的装置来完成的，例如常见的红外线感应器、超声波感应器等，这些技术都在一定程度上增加了硬件系统的复杂性，成本也会相应的提高。随着智能手机硬件方面的发展，目前主流智能手机配备了距离传感器，但是仅仅依靠距离传感器检测用户与电子设备显示屏幕的距离，并不能准确判断当时用户是在处于目视显示屏幕的过程中，因而可能会做出错误的提示，而无法有效实现对用户视力的保护。

发明内容

为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，以提高监测精度，避免错误提示信息给用户带来的困扰，为用户带来更健康、更完善的使用体验。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，所述电子设备的前面板设前置摄像头及距离传感器，所述方法包括：检测显示屏幕工作状态，当显示屏幕激活，后台启动前置摄像头，捕获人脸图像；利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸；当系统判断捕获图像中存在正面人脸，后台打开距离传感器，测量用户脸部与显示屏幕的距离；比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离。

所述电子设备的后台是指该电子设备的操作系统。

所述利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸包括：对人脸图像进行预处理；判断人脸图像的双眼是否水平，若倾斜则通过旋转校正该人脸图像；取两眼连线的中垂线为中心线，计算人脸两侧轮廓的肤色像素点差值并与差值参考值比较，以判断人脸的左右旋转姿态；计算人脸中鼻尖至双眼中心距离与鼻尖至嘴巴中心距离的比值，将此比值与比值参考值进行比较，以判断人脸的俯仰姿态。所述差值参考值及比值参考值通过预先采集用户的正面人脸图像并分析处理得到。

所述对人脸图像进行预处理进一步包括：

对输入的人脸图像进行光照补偿处理；

提取人脸肤色特征，建立高斯肤色模型；

对高斯肤色模型进行肤色相似度分割及二值化处理，定位人脸区域；

对包括五官的人脸特征进行定位；

图像规范化，输出经预处理的图像。

当系统判断捕获图像中不存在正面人脸，则前置摄像头重新实施所述捕获人脸图像的动作。

所述比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离包括：当测量距离小于预设的参考距离，系统提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离；当测量距离大于预设的参考距离，系统命令距离传感器重新实施所述测量用户眼睛与显示屏幕的距离的动作。

所述比较测量距离与预设的参考距离之前，还包括，设置参考距离，所述参考距离由用户设定或者系统默认，该参考距离以毫米或厘米为单位。

所述提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离的动作通过显示屏幕弹出提示框的方式实现。

所述提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离的动作通过扬声器发出预设提示音的方式实现。

本发明与现有技术相比，利用前置摄像头及距离传感器此两外设监测用户眼睛和手机屏幕的距离，由于增加了正面人脸的判断步骤，提高了监测的准确度，避免错误提示信息给用户带来的困扰。当判定用户眼睛距离手机屏幕距离过近时，即发出提示信息，提示用户调整自身眼睛和手机屏幕的距离，达到保护视力的功效。提供人性化的应用功能，很大程度上达到保护用户眼睛的目的，从而为用户带来更健康、更完善的使用体验。

附图说明

附图1为本发明实施例的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法的流程示意图；

附图2为本发明实施例的步骤103对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸的实现流程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明是建立在具有用于获取图像的前置摄像头和用于检测人机距离的前置距离传感器此两个外设的电子设备的前提之上的。所述距离传感器是利用“飞行时间法”（flying time）的原理来实现测距离，以检测物体的距离的一种传感器。“飞行时间法”是通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。前置摄像头及距离传感器两种外设现已广泛应用于具有显示屏幕的电子设备中，因而本发明的实施不应受到硬件设备的限制，从而具有良好的应用前景。所述电子设备包括手机、平板电脑、笔记本的等电子设备，在此所提及的实施例中，以智能手机为例展开叙述。

现结合附图1所体现的实现流程示意图，说明本发明的动作过程。一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法， 所述电子设备的前面板，更佳的是，前面板的上部设前置摄像头及距离传感器，所述方法包括：

步骤101为初始动作，检测显示屏幕工作状态，当显示屏幕激活，实施步骤102，后台启动前置摄像头，捕获人脸图像；

在步骤103中，利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸；

当系统判断捕获图像中存在正面人脸，进入步骤104，后台打开距离传感器，测量用户脸部与显示屏幕的距离，否则返回步骤101中，检测显示屏幕工作状态后，前置摄像头重新捕获人脸图像；

在步骤105中，比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离；

当测量距离小于预设的参考距离，进入步骤106，系统提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离，否则返回步骤104中，距离传感器重新测量用户脸部与显示屏幕的距离。

在本发明中，所述电子设备的后台是指该电子设备的操作系统。在本实施例中，所述电子设备的后台具体为智能手机的软件后台，具体包括iOS、Symbian、Android、WindowsPhone等常见操作系统。

人脸识别技术包含人脸检测、人脸跟踪与人脸比对等课题。所述步骤102中，摄像头捕获人脸图像应用其中的人脸检测技术。人脸检测是指在动态的场景、一帧视频流或一张静态图像中判断是否存在人脸并将人脸从复杂背景中分离出来，并自动地将其保存。此人脸检测技术已广泛应用于数码摄像装置等领域，为现有技术。人脸检测包括参考模板、人脸规则、样本学习、肤色模型与特征子脸等方法。参考模板方法首先设计一个或数个标准人脸模板，然后计算测试样本与标准模板之间的匹配程度，通过阀值来判断是否存在人脸；人脸具有一定的结构分布特征，人脸规则即提取这些特征生成相应的规则以判断测试样本是否包含人脸；样本学习则采用模式识别中人工神经网络方法，通过对人脸样本集和非人脸样本集的学习产生分类器；肤色模型依据人脸肤色在色彩空间中分布相对集中的规律来进行检测；特征子脸将所有人脸集合视为一个人脸子空间，基于检测样本与其在子空间的投影之间的距离判断是否存在人脸。上述方法在实际系统中也可综合采用。在本发明的较佳实施例中，所应用的前置摄像头通过软件程序的控制而具备人脸检测功能，使其摄取图像前先实施对人脸的检测，从而避免系统对无人脸图像的无效分析动作。

在本发明中，通过前置摄像头获取人脸图像之后，需将图像输入图像处理器进行预处理，处理步骤包括：

对输入的人脸图像进行光照补偿处理；

选取YCbCr色彩空间提取肤色特征，建立高斯肤色模型；

对人脸区域进行定位，分离出人脸；

对包括眼镜、嘴巴、鼻子等五官的人脸特征进行定位；

对图像进行规范化，输出经预处理的图像。

如附图2所示，所述步骤103中，利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸还进一步包括：

步骤301，输入人脸图像，对图像进行光照补偿处理；

步骤302，提取人脸肤色特征，建立高斯肤色模型；

步骤303，对高斯肤色模型进行肤色相似度分割及二值化处理，定位人脸区域；

步骤304，对包括五官的人脸特征进行定位；

步骤305，图像规范化，输出经预处理的图像；

步骤306，判断定位的双眼是否水平，若倾斜则通过旋转校正该人脸图像；

步骤307，取两眼连线的中垂线为中心线，计算人脸两侧轮廓的肤色像素点差值；

步骤308，将肤色像素点差值与差值参考值比较以判断人脸的左右旋转姿态；

步骤309，计算人脸中鼻尖至双眼中心的距离与鼻尖至嘴巴中心的距离的比值；

步骤310，将上述比值与比值参考值进行比较，以判断人脸的俯仰姿态。

在本发明的较佳实施例中，所述对人脸图像进行预处理，还包括对图像进行灰度化处理及光照归一化处理，以实现对人脸的五官特征进行精确定位。

而关于人脸姿态的估计，因为单幅图像包含的信息太少，可通过对多张预处理图像进行分析。

在对人脸图像进行分析处理时，将人脸完全水平正面直视状态取为标准方向，在X轴上，左侧旋转为正方向，右侧旋转为负方向；在Y轴方向上，头仰起为正方向，头俯下为负方向。

人体皮肤区域的粗检测方法是计算图像像素与肤色模型的相似度，这个值描述了像素与肤色的相似程度。通过计算图像中每个像素与肤色模型的相似度，生成一幅类肤色灰度图像。在本发明中，所述步骤303中肤色相似度分割采用现有技术中的公式：

P(Cr，Cb)=exp[-0.5(x-M)^TC^-1(x-M)],

其中x=[Cr,Cb]^T为像素点在YCbCr色彩空间中的向量，M=E(x),C=E[(x-M)(x-M)^T]，计算完毕后，对所求得的每个P(Cr，Cb)值进行归一化处理，即将每个P(Cr，Cb)值除以该图像中最大的P(Cr，Cb)，使得个像素的相似度的值在[0,1]之间。完成以上的肤色相似度分割后，进行二值化处理。本发明采用自适应阀值法的二值化处理，首先选取阀值0.5作为对图像进行二值处理，计算人脸两侧区域包含肤色像素点的数目，然后以0.05作为步长，逐渐降低，直至达到0.05为止。当选取某个阀值，使两侧区域同样肤色像素点的数目达到最大时，即认为此值为最优阀值。

在本发明的较佳实施例中，所述肤色像素点的差值参考值及人脸中鼻尖至双眼中心距离与鼻尖至嘴巴中心距离的比值参考值通过预先采集用户的正面人脸图像并分析处理得到。在该用户首次启动视力保护的应用时，即提示该用户正面水平直视屏幕，以采集标准方向时的各项参考值，这时将前置摄像头获取用户的脸部数据并进行处理获取两侧轮廓的肤色像素点差值并存储作为差值参考值；同时获取人脸中鼻尖至双眼中心的距离与鼻尖至嘴巴中心的距离，计算两者之间的比值作为比值参考值，此比值一般在0.2-0.6之间。当人脸处于俯视姿态时，此比值应当大于比值参考值，而仰视状态时，则小于比值参考值。

前置摄像头捕获人脸图像之后，当系统对图像中分离出的人脸进行一一识别，并判断捕获图像中不存在正面人脸，则返回步骤101，需重新确认显示屏幕处于激活状态后，前置摄像头重新实施所述捕获人脸图像的动作。若此时显示屏幕已处于休眠状态，则后台自动关闭前置摄像头。

所述步骤105中，比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离包括：当测量距离小于预设的参考距离，系统提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离；当测量距离大于预设的参考距离，系统命令距离传感器重新实施所述测量用户眼睛与显示屏幕的距离的动作。

所述比较测量距离与预设的参考距离之前，还包括，设置参考距离，所述参考距离由用户设定或者系统默认，该参考距离以毫米或厘米为单位。不同的电子设备和人眼距离均有一个参考距离，譬如电视机的参考距离一般为2500-3000mm。手机屏幕距离用户眼睛的参考距离亦可通过实验或者经验获得，对于手机及平板电脑参考距离一般为250-350mm。当距离传感器检测到用户脸部与手机屏幕距离小于参考距离时，判断用户眼睛距离手机屏幕太近，即发送提示信息，提醒用户调整距离手机屏幕的距离，达到保护视力的作用。

所述提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离的动作通过显示屏幕弹出提示框的方式实现，或者通过扬声器发出预设提示音的方式实现。在本发明的其他实施例中，还可参照常见的手机电池剩余电量提示的方法，即时显示测量到的用户脸部与显示屏幕之间的距离，当此测量距离小于预设的参考距离时，通过改变图标颜色或者通过闪烁吸引用户注意力，达到提示用户调整眼睛与显示屏幕距离的效果。

以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，所述电子设备的前面板设前置摄像头及距离传感器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、检测显示屏幕工作状态，当显示屏幕激活，后台启动前置摄像头，捕获人脸图像； 

b、利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸，包括：取两眼连线的中垂线为中心线，计算人脸两侧轮廓的肤色像素点差值并与差值参考值比较，以判断人脸的左右旋转姿态；计算人脸中鼻尖至双眼中心距离与鼻尖至嘴巴中心距离的比值，将此比值与比值参考值进行比较，以判断人脸的俯仰姿态；

c、当系统判断捕获图像中存在正面人脸，后台打开距离传感器，测量用户脸部与显示屏幕的距离；

d、比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离。

2.根据权利要求1所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：所述电子设备的后台是指该电子设备的操作系统。

3.根据权利要求2所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于，所述利用人脸识别技术对人脸图像进行识别，捕捉正面人脸包括：

对人脸图像进行预处理；

判断人脸图像的双眼是否水平，若倾斜则通过旋转校正该人脸图像；

取两眼连线的中垂线为中心线，计算人脸两侧轮廓的肤色像素点差值并与差值参考值比较，以判断人脸的左右旋转姿态；

计算人脸中鼻尖至双眼中心距离与鼻尖至嘴巴中心距离的比值，将此比值与比值参考值进行比较，以判断人脸的俯仰姿态。

4.根据权利要求3所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于，所述对人脸图像进行预处理进一步包括：

对输入的人脸图像进行光照补偿处理；

提取人脸肤色特征，建立高斯肤色模型；

对高斯肤色模型进行肤色相似度分割及二值化处理，定位人脸区域；

对包括五官的人脸特征进行定位；

图像规范化，输出经预处理的图像。

5.根据权利要求4所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：所述差值参考值及比值参考值通过预先采集用户的正面人脸图像并分析处理得到。

6.根据权利要求4所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：当系统判断捕获图像中不存在正面人脸，则前置摄像头重新实施捕获人脸图像的动作。

7.根据权利要求6所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于，所述比较测量距离与预设的参考距离，并据此判断是否提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离包括：

当测量距离小于预设的参考距离，系统提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离；

当测量距离大于预设的参考距离，系统命令距离传感器重新实施所述测量用户眼睛与显示屏幕的距离的动作。

8.根据权利要求7所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：所述比较测量距离与预设的参考距离之前，还包括，

设置参考距离，所述参考距离由用户设定或者系统默认，该参考距离以毫米或厘米为单位。

9.根据权利要求8所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：所述提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离的动作通过显示屏幕弹出提示框的方式实现。

10.根据权利要求9所述的具有显示屏幕的电子设备的保护视力实现方法，其特征在于：所述提示用户调整眼睛与显示屏幕之间的距离的动作通过扬声器发出预设提示音的方式实现。

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